(57)【要約】    【課題】  被加熱体の各部位における加熱温度の均一性を高めることができる高周波加熱装置及び高周波加熱方法を提供する。    【解決手段】  ミリ波加熱装置１００は、内部空間に板ガラス１０を収容する加熱炉としてのアプリケータ１１と、ミリ波を発生するミリ波発生源１２と、ミリ波発生源１２で発生したミリ波をアプリケータ１１の内部空間に導入する導入管１３とを備える。アプリケータ１１は、その内部空間に、アプリケータ１１に内接し且つ板ガラス１０を収容するように配設され、断面が長さ２１３ｍｍの辺Ａ及び長さ４２６ｍｍの辺Ｂで構成される（辺Aと辺Bとの比が１：２）六角形で、長さＸが６００ｍｍの筒状のミリ波反射鏡から成る反射部１５と、反射部１５の一端側において導入管１３の近傍に板ガラス１０に配向するように配設され、辺Ｃの長さが３８０ｍｍ、高さDが５０ｍｍの五角錐状のミリ波反射鏡から成るスターラ１６とを備える。【選択図】      図１
2005353530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間に被加熱体を収容する加熱炉と、高周波を発生する高周波発生源と、前記発生した高周波を前記加熱炉の内部空間に導入する導入管とを備える高周波加熱装置において、前記加熱炉は、その内部空間に、前記被加熱体を収容するように配設され、前記導入された高周波を前記被加熱体に反射する断面多角形筒状の第１の反射部、及び、前記第１の反射部の一端側において錐側面が前記被加熱体に配向するように配設され、前記導入された高周波を前記被加熱体に反射する錐状の第２の反射部の少なくとも一方を備えることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項２】
前記加熱炉は、前記第１の反射部及び前記第２の反射部の双方を備えることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記高周波はマイクロ波、ミリ波、及び準ミリ波のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記第１の反射部は断面が三乃至六角形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記第２の反射部は多角形錐状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
前記被加熱体は板状体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【請求項７】
前記板状体は主表面が第１の反射部と対向するように配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高周波加熱方法。
【請求項８】
内部空間に被加熱体を収容する加熱炉と、高周波を発生する高周波発生源と、前記発生した高周波を前記加熱炉の内部空間に導入する導入管とを備える高周波加熱装置による高周波加熱方法において、前記導入された高周波を断面多角形筒状の第１の反射部により前記被加熱体に反射する第１の反射ステップ、及び、前記導入された高周波を錐状の第２の反射部により前記被加熱体に反射する第２の反射ステップの少なくとも一方を備えることを特徴とする高周波加熱方法。
【請求項９】
前記第１の反射ステップ及び前記第２の反射ステップの双方を備えることを特徴とする請求項８記載の高周波加熱方法。
【請求項１０】
前記高周波はマイクロ波、ミリ波、及び準ミリ波のいずれかであることを特徴とする請求項８又は９記載の高周波加熱方法。
【請求項１１】
前記第１の反射部は断面が三乃至六角形であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の高周波加熱方法。
【請求項１２】
前記第２の反射部は多角形錐状であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の高周波加熱方法。
【請求項１３】
前記被加熱体は板状体であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の高周波加熱方法。
【請求項１４】
前記板状体は主表面が第１の反射部と対向するように配置されることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の高周波加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波加熱装置及び高周波加熱方法に関し、特に、ミリ波加熱装置及びミリ波加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マイクロ波を発生するジャイロトロン等の高周波発生器と、発生したマイクロ波を集束させてコンクリート片や焼却灰等の被溶融物に照射する反射鏡とを備える溶融装置が提案されており、この溶融装置によれば、電力密度の高いマイクロ波で被溶融物を誘電加熱することにより、効率の良い溶融加熱を実現していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
さらに、マイクロ波よりも波長の短いミリ波を発生するミリ波発生源と、内面が球面又は楕円面である加熱炉と、加熱される被加熱体の近傍に配設されたミラーとを備えるミリ波加熱装置が提案されており、このミリ波加熱装置によれば、マイクロ波による加熱よりも効率及び均一性が高い加熱を実現していた（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−１１２８７３号公報
【特許文献２】特開２００１−１３５４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加熱炉内の広い領域に亘って配設される板ガラス等の板状体を加熱する場合、仮にマイクロ波よりも波長が短いミリ波によって加熱したとしても、加熱炉内の電界が均一に分布していないために板状体の各部位における加熱温度が夫々異なり、板状体に温度むらが生じるという問題があった。
【０００５】
さらに、板状体の温度の高い部位がさらに選択的に加熱され、いわゆる熱暴走が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、被加熱体の各部位における加熱温度の均一性を高めることができる高周波加熱装置及び高周波加熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の高周波加熱装置は、内部空間に被加熱体を収容する加熱炉と、高周波を発生する高周波発生源と、前記発生した高周波を前記加熱炉の内部空間に導入する導入管とを備える高周波加熱装置において、前記加熱炉は、その内部空間に、前記被加熱体を収容するように配設され、前記導入された高周波を前記被加熱体に反射する断面多角形筒状の第１の反射部、及び、前記第１の反射部の一端側において錐側面が前記被加熱体に配向するように配設され、前記導入された高周波を前記被加熱体に反射する錐状の第２の反射部の少なくとも一方を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の高周波加熱装置は、請求項１記載の高周波加熱装置において、前記加熱炉は、前記第１の反射部及び前記第２の反射部の双方を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の高周波加熱装置は、請求項１又は２記載の高周波加熱装置において、前記高周波はマイクロ波、ミリ波、及び準ミリ波のいずれかであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の高周波加熱装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置において、前記第１の反射部は断面が三乃至六角形であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の高周波加熱装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波加熱装置において、前記第２の反射部は多角形錐状であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の高周波加熱装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高周波加熱装置において、前記被加熱体は板状体であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の高周波加熱装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高周波加熱方法において、前記板状体は主表面が第１の反射部と対向するように配置されることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項８記載の高周波加熱方法は、内部空間に被加熱体を収容する加熱炉と、高周波を発生する高周波発生源と、前記発生した高周波を前記加熱炉の内部空間に導入する導入管とを備える高周波加熱装置による高周波加熱方法において、前記導入された高周波を断面多角形筒状の第１の反射部により前記被加熱体に反射する第１の反射ステップ、及び、前記導入された高周波を錐状の第２の反射部により前記被加熱体に反射する第２の反射ステップの少なくとも一方を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の高周波加熱方法は、請求項８記載の高周波加熱方法において、前記第１の反射ステップ及び前記第２の反射ステップの双方を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０記載の高周波加熱方法は、請求項８又は９記載の高周波加熱方法において、前記高周波はマイクロ波、ミリ波、及び準ミリ波のいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１記載の高周波加熱方法は、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の高周波加熱方法において、前記第１の反射部は断面が三乃至六角形であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２記載の高周波加熱方法は、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の高周波加熱方法において、前記第２の反射部は多角形錐状であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３記載の高周波加熱方法は、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の高周波加熱方法において、前記被加熱体は板状体であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１４記載の高周波加熱方法は、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の高周波加熱方法において、前記板状体は主表面が第１の反射部と対向するように配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の高周波加熱装置及び請求項８記載の高周波加熱方法によれば、断面多角形筒状の第１の反射部及び錐状の第２の反射部の少なくとも一方が、導入された高周波を被加熱体に反射するので、高周波を拡散反射して被加熱体に照射することができ、もって被加熱体の各部位における加熱温度の均一性を高めることができる。
【００２２】
請求項２記載の高周波加熱装置及び請求項９記載の高周波加熱方法によれば、断面多角形筒状の第１の反射部及び錐状の第２の反射部の双方が、導入された高周波を被加熱体に反射するので、被加熱体の各部位における加熱温度の均一性をさらに高めることができる。
【００２３】
請求項３記載の高周波加熱装置及び請求項１０記載の高周波加熱方法によれば、高周波はマイクロ波、ミリ波、及び準ミリ波のいずれかであるので、加熱効率を高めると共に被加熱体の各部位における加熱温度の均一性をさらに高めることができる。
【００２４】
請求項４記載の高周波加熱装置及び請求項１１記載の高周波加熱方法によれば、第１の反射部は断面が三乃至六角形であるので、高周波をさらに拡散して反射することができる。
【００２５】
請求項５記載の高周波加熱装置及び請求項１２記載の高周波加熱方法によれば、第２の反射部は多角形錐状であるので、高周波をさらに拡散して反射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、内部空間に被加熱体を収容する加熱炉と、高周波を発生する高周波発生源と、発生した高周波を加熱炉の内部空間に導入する導入管とを備える高周波加熱装置において、加熱炉は、その内部空間に、被加熱体を収容するように配設され、導入された高周波を被加熱体に反射する断面多角形筒状の第１の反射部、及び、第１の反射部の一端側において錐側面が被加熱体に配向するように配設され、導入された高周波を被加熱体に反射する錐状の第２の反射部の少なくとも一方を備えると、高周波を拡散反射して被加熱体に照射することができ、もって被加熱体の各部位における加熱温度の均一性を高めることができることを見出した。
【００２７】
また、本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、内部空間に被加熱体を収容する加熱炉と、高周波を発生する高周波発生源と、発生した高周波を加熱炉の内部空間に導入する導入管とを備える高周波加熱装置による高周波加熱方法において、導入された高周波を断面多角形筒状の第１の反射部により被加熱体に反射する第１の反射ステップ、及び、導入された高周波を錐状の第２の反射部により被加熱体に反射する第２の反射ステップの少なくとも一方を備えると、高周波を拡散反射して被加熱体に照射することができ、もって被加熱体の各部位における加熱温度の均一性を高めることができることを見出した。
【００２８】
本発明は、上記研究の結果に基づいてなされたものである。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係る高周波加熱装置としてのミリ波加熱装置の概略構成を説明するために用いられる図であり、（ａ）は部分切欠図を示し、（ｂ）は断面部分切欠図を示す。
【００３１】
図１において、ミリ波加熱装置１００は、内部空間に板ガラス１０を収容する加熱炉としてのアプリケータ１１と、ミリ波を発生するミリ波発生源１２と、ミリ波発生源１２で発生したミリ波をアプリケータ１１の内部空間に導入する導入管１３とを備える。
【００３２】
アプリケータ１１は、導入管１３を介してミリ波発生源１２と接続され、ガラス載置台１４に載置された板ガラス１０を収容する内部空間を形成する円筒状金属容器から成る。
【００３３】
さらに、アプリケータ１１は、その内部空間に、アプリケータ１１に内接し且つ板ガラス１０を収容するように配設され、断面が長さ２１３ｍｍの辺Ａ及び長さ４２６ｍｍの辺Ｂで構成される（辺Aと辺Bとの比が１：２であり、３つの辺Ａと３つの辺Ｂから成る）六角形で、長さＸ（図１（ａ））が６００ｍｍの筒状のミリ波反射鏡から成る反射部１５（第１の反射部）と、反射部１５の一端側において導入管１３の近傍に板ガラス１０に配向するように配設され、辺Ｃの長さが３８０ｍｍ、高さＤが５０ｍｍの五角錐状（図２）のミリ波反射鏡から成るスターラ１６（第２の反射部）とを備える。
【００３４】
反射部１５及びスターラ１６は、夫々、アプリケータ１１の内部空間に導入されたミリ波を板ガラス１０に反射する。
【００３５】
図３は、図１のミリ波加熱装置によって実行されるミリ波加熱処理のフローチャートである。
【００３６】
図３において、板ガラス１０をアプリケータ１１の内部空間に収容し（ステップＳ３０１）、ミリ波発生源１２が数１０ＧＨｚのミリ波を発生し（ステップＳ３０２）、ミリ波発生源１２が発生したミリ波をアプリケータ１１の内部空間にミリ波導入管１３を介して導入し（ステップＳ３０３）、アプリケータ１１の内部空間に導入されたミリ波を反射部１５及びスターラ１６により反射して板ガラス１０に照射し（ステップＳ３０４）、本処理を終了する。
【００３７】
本実施の形態に係るミリ波加熱装置１００及びミリ波加熱方法によれば、断面六角形で筒状の反射部１５及び五角錐状のスターラ１６が、アプリケータ１１の内部空間に導入されたミリ波を反射するので、ミリ波を拡散反射して板ガラス１０に照射することができ、もって板ガラス１０の各部位における加熱温度の均一性を高めることができる。
【００３８】
本実施の形態では、ミリ波加熱装置１００が反射部１５及びスターラ１６を共に備えているが、これに限定されるものではなく、何れか一方を備えていればよい。
【００３９】
本実施の形態では、反射部１５は断面が長さ２１３ｍｍの辺Ａ及び長さ４２６ｍｍの辺Ｂで構成される（辺Ａと辺Ｂとの比が１：２であり、３つの辺Ａと３つの辺Ｂから成る）六角形であるが、これに限定されるものではなく、辺の長さ及び辺Ａと辺Ｂとの比が他の値の六角形であってもよく、また、他の多角形であってもよい。
【００４０】
本実施の形態では、スターラ１６は辺Ｃの長さが３８０ｍｍ、高さＤが５０ｍｍの五角錐であるが、これに限定されるものではなく、他の多角錐又は円錐であってもよい。
【００４１】
本実施の形態では、反射部１５はアプリケータ１１に内接しているが、これに限定されるものではない。また、反射部１５に回転機構を設けて回転可能にしてもよい。
【００４２】
本実施の形態では、スターラ１６はアプリケータ１１内においてミリ波導入管１３近傍に配設されているが、これに限定されるものではない。また、スターラ１６に回転機構を設けて回転可能にしてもよい。
【００４３】
本実施の形態では、高周波としてミリ波を用いているが、これに限定されるものではなく、マイクロ波帯（１ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）、ミリ波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）、準ミリ波帯（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）の電磁波を用いることができる。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００４５】
本発明者は、断面六角形（辺Ａと辺Ｂとの比が１：２であり、３つの辺Ａと３つの辺Ｂから成る）で筒状のアルミ二ウム製反射部及び五角錐状のアルミ二ウム製スターラを備えるミリ波加熱装置（実施例１）と、錐状のスターラを備えず、断面正六角形で筒状のアルミ二ウム製反射部を備えるミリ波加熱装置（実施例２）と、錐状のスターラを備えず、断面六角形（辺Ａと辺Ｂとの比が１：２であり、３つの辺Ａと３つの辺Ｂから成る）で筒状のアルミ二ウム製反射部を備えるミリ波加熱装置（実施例３）と、錐状のスターラを備えず、断面正三角形で筒状のアルミ二ウム製反射部を備えるミリ波加熱装置（実施例４）と、筒状の反射部を備えず、五角錐状のアルミ二ウム製スターラを備えるミリ波加熱装置（実施例５）と、筒状の反射部及び錐状のスターラを何れも備えないミリ波加熱装置（比較例１）とを準備し、５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚み５ｍｍの板ガラスをガラス載置台に水平に載置し、ミリ波発生源が発生した出力２ＫＷ、波長２８ＧＨｚのミリ波をアプリケータ内に導入し、ガラス表面温度が約３００℃に達するまで板ガラスにミリ波を約３０秒照射して加熱し、板ガラスの主表面における１５個の測定点４０（図４）に設けたＣＡ（クロメル  アルメル）熱電対により温度測定した。
【００４６】
板ガラスの主表面における測定点４０の測定温度の平均値、標準偏差、面内最大温度差を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2005353530.tif 000003
【００４８】
表１から、断面多角形で筒状の反射部、及び、錐状のスターラの少なくとも一方を備えるミリ波加熱装置を使用すると（実施例１〜５）、板ガラスの各部位における加熱温度の均一性が高くなること（即ち、標準偏差及び面内最大温度差の値が小さくなること）が分かる。
【００４９】
ここで、断面多角形で筒状の反射部を備えないミリ波加熱装置を使用する（即ち、アプリケータの円筒状金属容器の内面がミリ波を反射する）場合（比較例１）よりも、断面多角形で筒状の反射部を備えたミリ波加熱装置を使用する（即ち、断面多角形で筒状の反射部のミリ波反射鏡がミリ波を反射する）場合（実施例２〜４）に、板ガラスの各部位における加熱温度の均一性が高くなる理由は、より多くの箇所で反射されたミリ波があらゆる角度から（即ち、拡散された状態で）板ガラスに入射するためと推考される。
【００５０】
また、表１から、断面多角形で筒状の反射部及び錐状のスターラを共に備えるミリ波加熱装置を使用すると（実施例１）、板ガラスの各部位における加熱温度の均一性がより高くなることが分かる。
【００５１】
また、表１から、断面正六角形の反射部（実施例２）又は断面六角形（辺Aと辺Bとの比が１：２であり、３つの辺Ａと３つの辺Ｂから成る）の反射部（実施例３）を使用する場合よりも、断面正三角形の反射部（実施例４）を使用する場合の方が板ガラスの各部位における加熱温度の均一性が高くなることが分かる。
【００５２】
さらに、表１から、断面正六角形の反射部（実施例２）を使用する場合よりも、断面六角形（辺Aと辺Bとの比が１：２であり、３つの辺Ａと３つの辺Ｂから成る）の反射部（実施例３）を使用する場合の方が板ガラスの各部位における加熱温度の均一性が高くなることが分かる。
【００５３】
次に、上述した板ガラスの加熱及び温度測定を、表１における実施例２〜５及び比較例について更に２回行った再現性確認実験（ｎ＝３）の結果を表２及び表３に示す。
【００５４】
【表２】
2005353530.tif 000004
【００５５】
【表３】
2005353530.tif 000005
【００５６】
表２及び表３から、実施例２〜５及び比較例においてほぼ再現性が得られ、上述の表１から得られた知見が確からしいことが分かる。
【００５７】
さらに、図１における鎖線領域の電界分布及び温度分布をシュミレーション処理により算出し、そのシュミレーション処理結果に基づいて、板ガラス表面温度の標準偏差及び板ガラス面内最大温度差を推定した。その推定結果を表４に示す。
【００５８】
ここで、電界分布及び温度分布のシュミレーション処理は、図５に示すように、初期条件及び境界条件を入力し（ステップＳ５０１）、斜線領域の電界及び磁界の時間変化をＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法により算出し（ステップＳ５０２）、斜線領域の電界を時間平均して電界強度Ｅを算出し（ステップＳ５０３）、電界強度Ｅを下記式（１）に代入することにより、板ガラスの発熱量Ｐを算出し（ステップＳ５０４）、板ガラスの発熱量Ｐ及び熱伝導を考慮して、計算時間内における斜線領域の温度分布を算出し（ステップＳ５０５）、本シュミレーション処理を終了する。
【００５９】
Ｐ＝２πｆε0εｒ×Ｅ２×ｔａｎδ … 式（１）
ここで、ｆ：周波数、ε0：真空誘電率、εｒ：比誘電率、ｔａｎδ：誘電損失、Ｅ：電界強度。
【００６０】
なお、式（１）における周波数ｆには２８ＧＨｚを代入し、ガラス温度に依存する特性値である比誘電率εｒ及び誘電損失ｔａｎδにはガラス温度に対応する値を代入した。
【００６１】
また、上記シュミレーション処理において、板ガラスのサイズを５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚み５ｍｍとし、断面正三角形の反射部を使用した場合における板ガラスを室温から３００℃まで加熱するのに必要な入力電界を算出し、この算出された入力電界を断面正六角形又は断面六角形（辺Ａと辺Ｂとの比が１：１．５，１：２，１：３，１：４であり、３つの辺Ａと３つの辺Ｂから成る）の反射部を使用した場合に転用している。
【００６２】
【表４】
2005353530.tif 000006
【００６３】
表４から、「断面多角形で筒状の反射部を備えたミリ波加熱装置を使用すると、板ガラスの各部位における加熱温度の均一性が高くなる」という表１から得られた知見が確からしいことが分かる。
【００６４】
さらに、表４から、「断面正六角形の反射部（実施例２）を使用する場合よりも、断面六角形（辺Aと辺Bとの比が１：２であり、３つの辺Ａと３つの辺Ｂから成る）の反射部（実施例３）を使用する場合の方が板ガラスの各部位における加熱温度の均一性が高くなる」という表１から得られた知見が確からしいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施の形態に係る高周波加熱装置としてのミリ波加熱装置の概略構成を説明するために用いられる図であり、（ａ）は部分切欠図を示し、（ｂ）は断面部分切欠図を示す。
【図２】図１におけるスターラの斜視図である。
【図３】図１のミリ波加熱装置によって実行されるミリ波加熱処理のフローチャートである。
【図４】図１の板ガラスの主表面における温度測定点を説明するために用いられる図である。
【図５】図１における鎖線領域の電界分布及び温度分布のシュミレーション処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０  板ガラス
１１  アプリケータ（加熱炉）
１２  ミリ波発生源
１３  導入管
１４  ガラス載置台
１５  反射部（第１の反射部）
１６  スターラ（第２の反射部）
１００  ミリ波加熱装置
【図１】
2005353530.tif 000007
【図２】
2005353530.tif 000008
【図３】
2005353530.tif 000009
【図４】
2005353530.tif 000010
【図５】
2005353530.tif 000011